砸导管装置的研制与应用

2012-09-11髙志和白承斌闫金杰李学胜王金广杨连春徐永生

石油矿场机械 2012年5期

关键词：吊索锤头卡瓦

髙志和，白承斌，闫金杰，张燕，李学胜，王金广，杨连春，徐永生

砸导管装置的研制与应用

髙志和，白承斌，闫金杰，张燕，李学胜，王金广，杨连春，徐永生

（渤海钻探第三钻井工程分公司，天津300280）①

针对钻井导管施工出现的作业时间长、工作强度大、费用高等问题，研制了砸导管装置。该装置能够将Ø339.7mm的导管砸入地层10～12m，可有效提高钻井导管施工质量，减少固井费用，减少钻井周期，降低成本，提高经济效益。

钻井；导管；锤砧；研制

随着滩海及沙漠地区油气勘探开发的不断深入，在钻井工程设计中需要下钻井导管井的数量不断增加。在以前的钻井导管施工中，采用钻头钻进至与导管相符的深度，下入导管并固井候凝好后，再进行下部井段施工，影响了钻井速度，增加了钻井时间，影响了单井钻井周期及整体经济技术指标。目前，国内还未见专门应用于石油钻井行业的导管施工设备，而应用于建筑行业的打桩机设备价格昂贵、体积庞大，施工成本高，不适于钻井导管的施工作业［1］。砸导管装置依靠自身产生的冲击力将导管砸入指定的位置，保证导管的施工精度，实现钻井导管的快速施工，取代过去用水泥车固井的作业，将导管作业时间及成本大幅下降。需要的高度（锤头与锤砧之间的距离，也即冲击高度）时，操作液压控制箱使油缸的A口进油，在油压的作用下，油缸携同卡瓦向中心移动，直至卡紧钻铤。

1 结构及工作原理

1.1 结构组成

砸导管装置主要由锤砧、锤头、卡瓦、油缸、导向管等组成，如图1所示。

1）利用气动绞车（或游车）、吊索将锤砧吊起，经导向管的引导逐渐下放锤砧，使锤砧的下平面坐在导管接箍上。

2）通过螺纹将锤头与钻铤连接好，吊索挂在锤头的吊环上，用气动绞车（或游车）将锤头和钻铤一并提起，当提升到钻铤的下端超过锤砧的上平面时，对中缓缓放下，使钻铤进入锤砧内孔，当下放到

图1 砸导管装置结构

3）放松吊索，使吊索松弛下垂，其松弛长度应超过锤头与锤砧之间的距离，此时锤头与钻铤处在下落前的待夯砸状态。

4）操作液压控制箱使油缸的B口进油，在油压作用下，油缸及卡瓦迅速回缩，钻铤失去卡紧力，在重力作用下以自由落体的加速度下落锤击锤砧，锤砧承受锤头和钻铤的重力及其下落的冲击力，传递到导管接箍上，导管便被向下砸入地表层一定深度，往复多次，导管便被砸到了设计的深度，完成了下导管的工序。

1.3 主要技术参数

锤砧外径Ø500mm

锤砧孔径Ø210mm

锤头最大行程9 000mm

采用改良 Mac Nab进行临床效果评价,采用酶联免疫吸附测定(ELISA)法测定TNF-α、IL-1β水平。

适用导管管径Ø339.7mm

液压工作压力16MPa

2 关键技术

锤砧是砸导管装置的主要部件，如图2，其中的双作用油缸和卡紧装置是独特设计的。

图2 锤砧外形

2.1 双作用油缸

打开换向阀，供油液路通过液压泵不断向油缸供液加压，柱塞移动使卡瓦抱紧钻铤；卸压时，关闭换向阀，打开回油液路，油缸油液逐渐返回油箱，柱塞移动使卡瓦放松，锤头和钻铤自由下落。油缸内分为前后2个有杆油腔，活塞靠液压油注入油腔产生的推力在2个油腔之间做直线往返运动。

油缸的活塞及活塞杆在液压力的驱动下具有很大的动量。当杆头进入油缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击，因此需要缓冲结构。设计的油缸缓冲结构如图3所示，油缸B口进油，A口回油，活塞往左，当活塞快到油缸底部时，回油受到活塞部分对油道的节流，从而降低活塞运动的速度，对油缸起缓冲作用。

图3 具有缓冲作用的双作用油缸结构

2.2 卡瓦［2－3］

有2对开式大方瓦座，大方瓦座内壁呈底部小、上部大的阶梯形锥面，对称合围成圆开口的2个卡瓦块布置在大方瓦座内，卡瓦块的上端通过连杆连接在悬挂盘上，大方瓦座内设置有双作用油缸。双作用油缸的活塞杆上端与悬挂盘相连接，悬挂盘上设有与大方瓦座轴向相平行的导向杆，大方瓦座内设有与导向杆相配合的孔，大方瓦座上的呈锥面的口部设有一凹槽，卡瓦块外侧上部设有与凹槽相配合的凸块，用于卡住和松开钻铤。卡瓦受力均匀，管柱不易变形。

卡瓦采用优质合金钢制造，并经热处理，表面硬度高，心部硬度适宜，具有耐磨、抗蚀、使用寿命长的优点。

3 特点

1）操作简单方便。

2）双作用油缸设计了缓冲结构，降低了活塞杆运动的冲击，对油缸起缓冲作用

3）卡瓦瓦体作用力相同，管柱受力均匀，不易变形。

4）装置对中性好，可保证导管居中。

5）利用为石油钻机设计配套的液压站作为动力源，安装简单、可靠。

4 现场应用

2011-11在C14564钻井队承钻的西48-20井安装试验。该地层为第四系平原组，主要岩性是粘土和散砂为主。导管设计深度20m，套管尺寸Ø339.7 mm。为了保证导管、井口、转盘面三点一线，对地层用钻头钻进6～8m，防止在砸导管过程中造成导管偏离井口中心线。

钻进8m后，将第1根导管下入井底，把第1根导与第2根导管相连，砸导管装置安装到位，启动液压站，搬动控制箱手动换向阀控制手柄，排净油管线和阀件里面的空气，测试锤砧油缸活塞杆是否伸缩正常，正常后将锤砧及导向管放入导管内。将锤头与钻铤相连并紧固，吊索挂在锤头的吊环上，游车上提，把钻铤放进锤砧内，进行砸导管作业（如图4），如此往复。

随着Ø339.7mm导管下入地层深度的加深，锤头离锤砧的距离也逐步提高（加大冲击力），经过20 min，使导管到达设计位置。